Yorug'lik fotonlar deb ataladigan zarralardan iborat. Fotonlar maxsus zarralardir. Olimlar aytganidek, fotonlarda "dam olish massasi" yo'q. Bu zarralar hech qachon bir joyda turmaydi. Ular Olam bo'ylab tabiatdagi eng yuqori tezlikda - sekundiga 300 000 kilometr tezlikda harakatlanadilar.

Fotonlarning massasi yo'q, lekin ular kinetik energiyaga ega - harakat energiyasi. Fotonlar tortishish kuchiga qarshi tura olmaydi, chunki ular kinetik energiyaga ega.

Va shuning uchun ham. Albert Eynshteyn massani energiyaga aylantirish mumkinligini aniqladi. Buning eng yorqin misoli H-bomba, unda kichik massa kuchli portlash shaklida juda ko'p energiya chiqaradi. Massani energiyaga aylantirish mumkinligi sababli, energiya, xuddi ma'lum miqdordagi massani ifodalaydi. Tasavvur qiling-a, foton butun massasi aylangan ob'ektdir kinetik energiya. Qora tuynukning tortish kuchi fotonni xuddi shu energiya ifodalagan massani tortganidek tortadi.

Tegishli materiallar:

Koinotdagi eng katta ob'ektlar

Massani energiyaga aylantirish mumkinligi sababli, energiya ma'lum miqdordagi massani ifodalaydi.

Qora tuynuk nima uchun qora ekanligini oddiy tushuntirish

Ammo yorug'lik fotonlari qora tuynukni tark eta olmasligi uchun yana bir, ehtimol oddiyroq tushuntirish mavjud. Eynshteyn nazariyasi gravitatsiyani massa atrofidagi fazoning egriligi sifatida tasvirlaydi. Har qanday joyda massa kontsentratsiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, bu joyda bo'shliqning egriligi shunchalik kuchli bo'ladi. Shuning uchun, qora tuynukni tark etishga urinayotgan yorug'lik nuri, qo'pol qilib aytganda, egri kosmosning juda tik devoriga ko'tarila olmaydi.

Qiziqarli fakt: quyosh yonidan o'tayotgan yulduzlarning yorug'ligi undan chetga chiqadi to'g'ri chiziqli yo'l chunki u Quyoshning tortishish kuchi bilan tortiladi.

Qora tuynuklardan kamroq massasi bo'lgan jismlar ham yorug'likka sezilarli tortishish ta'siriga ega. 1919 yilda ingliz fizigi Artur Eddington Eynshteynning massiv jismlar yorug'likni o'ziga tortadi, uning tarqalish traektoriyasini o'zgartiradi, degan gapining to'g'riligini isbotladi. Eddington yaqin orada kelishini bilar edi quyosh tutilishi. Tutilish paytida Oy Yer va Quyoshning porlab turgan yuzi o'rtasida bo'lib, uni bir muddat qoraytiradi. Quyoshning yorqinligi tutilish bilan o'chganida, boshqa yulduzlar kuzatish uchun mavjud bo'ladi.

O'tgan asrlar olimlari uchun ham, bizning davr tadqiqotchilari uchun ham koinotning eng katta siri qora tuynukdir. Fizika uchun bu mutlaqo notanish tizim ichida nima bor? U yerda qanday qonunlar amal qiladi? Qanday vaqt o'tadi qora tuynukda va nega undan yorug'lik kvantlari ham qochib qutula olmaydi? Endi biz, albatta, amaliyot nuqtai nazaridan emas, balki nazariya nuqtai nazaridan, qora tuynuk ichida nima borligini, nima uchun u, asosan, paydo bo'lgan va mavjud bo'lganligini, uni o'rab turgan narsalarni qanday jalb qilishini tushunishga harakat qilamiz.

Birinchidan, ushbu ob'ektni tavsiflaymiz.

Shunday qilib, Koinotdagi ma'lum bir fazo hududi qora tuynuk deb ataladi. Uni alohida yulduz yoki sayyora sifatida ajratib bo'lmaydi, chunki u qattiq emas va yo'q gazsimon tana. Kosmik vaqt nima ekanligini va bu o'lchamlar qanday o'zgarishi mumkinligi haqida asosiy tushunchasiz, qora tuynuk ichida nima borligini tushunish mumkin emas. Gap shundaki, bu hudud nafaqat fazoviy birlikdir. bu bizga ma'lum bo'lgan uchta o'lchovni (uzunlik, kenglik va balandlik) va vaqt jadvalini buzadi. Olimlarning ishonchi komilki, ufq mintaqasida (teshikni o'rab turgan hudud) vaqt fazoviy ma'noga ega bo'lib, ham oldinga, ham orqaga siljishi mumkin.

Gravitatsiya sirlarini o'rganing

Agar qora tuynuk ichida nima borligini tushunmoqchi bo'lsak, tortishish nima ekanligini batafsil ko'rib chiqamiz. Aynan shu hodisa hatto yorug'lik ham qochib qutula olmaydigan "chuvalchang teshiklari" deb ataladigan tabiatni tushunishda kalit hisoblanadi. Gravitatsiya - bu moddiy asosga ega bo'lgan barcha jismlarning o'zaro ta'siri. Bunday tortishish kuchi jismlarning molekulyar tarkibiga, atomlarning kontsentratsiyasiga, shuningdek ularning tarkibiga bog'liq. Kosmosning ma'lum bir hududida qancha zarrachalar qulab tushsa, tortishish kuchi shunchalik katta bo'ladi. Bu bizning koinotimiz no'xat hajmida bo'lgan Katta portlash nazariyasi bilan chambarchas bog'liq. Bu maksimal yagonalik holati bo'lib, yorug'lik kvantlarining miltillashi natijasida zarralar bir-birini itarishi tufayli fazo kengaya boshladi. Aynan teskarisi olimlar tomonidan qora tuynuk sifatida tasvirlangan. TBZ ma'lumotlariga ko'ra, bunday narsaning ichida nima bor? Yagonalik, bu bizning koinotimizga uning tug'ilishi paytida xos bo'lgan ko'rsatkichlarga teng.

Qanday qilib materiya qurt teshigiga kiradi?

Biror kishi qora tuynuk ichida nima sodir bo'layotganini hech qachon tushuna olmaydi, degan fikr bor. Chunki u erda bir marta u tortishish va tortishish bilan tom ma'noda eziladi. Aslida bu haqiqat emas. Ha, haqiqatan ham, qora tuynuk o'ziga xoslik mintaqasi bo'lib, u erda hamma narsa maksimal darajada siqiladi. Ammo bu barcha sayyoralar va yulduzlarni o'ziga tortishga qodir bo'lgan "kosmik changyutgich" emas. Voqealar ufqida joylashgan har qanday moddiy ob'ekt makon va vaqtning kuchli buzilishini kuzatadi (hozircha bu birliklar bir-biridan ajralib turadi). Evklid geometriya tizimi buzila boshlaydi, boshqacha aytganda, ular kesishadi, stereometrik figuralarning konturlari tanish bo'lishni to'xtatadi. Vaqtga kelsak, u asta-sekin sekinlashadi. Teshikka qanchalik yaqinlashsangiz, soat Yer vaqtiga nisbatan shunchalik sekinroq yuradi, lekin siz buni sezmaysiz. "chuvalchang teshigi" ga urilganda, tana nol tezlikda tushadi, lekin bu birlik abadiylikka teng bo'ladi. cheksizni nolga tenglashtiradigan egrilik, bu nihoyat yagonalik hududida vaqtni to'xtatadi.

Chiqarilgan yorug'likka javob

Kosmosdagi yorug'likni o'ziga tortadigan yagona ob'ekt qora tuynukdir. Uning ichida nima borligi va u qanday shaklda ekanligi noma'lum, ammo ular buni tasavvur qilib bo'lmaydigan zulmat deb hisoblashadi. Yorug'lik kvantlari, u erga etib borish, shunchaki yo'qolib qolmaydi. Ularning massasi yakkalik massasiga ko'paytiriladi, bu esa uni yanada kattalashtiradi va kattalashtiradi.Shunday qilib, atrofga qarash uchun qurt teshigi ichidagi chiroqni yoqsangiz, u porlamaydi. Chiqarilgan kvantlar doimiy ravishda teshik massasiga ko'payadi va taxminan aytganda, siz faqat vaziyatni og'irlashtirasiz.

Hamma joyda qora tuynuklar

Biz allaqachon tushunganimizdek, ta'limning asosi tortishishdir, uning qiymati Yerdagidan millionlab marta kattaroqdir. Qora tuynuk nima ekanligi haqidagi aniq g'oyani Karl Shvartsshild dunyoga bergan, u aslida voqea ufqini va qaytib kelmaydigan nuqtani kashf etgan, shuningdek, yagonalik holatidagi nol cheksizlikka teng ekanligini aniqlagan. . Uning fikricha, qora tuynuk koinotning istalgan joyida paydo bo'lishi mumkin. Bunday holda, sharsimon shaklga ega bo'lgan ma'lum bir moddiy ob'ekt tortishish radiusiga etib borishi kerak. Masalan, qora tuynuk bo'lishi uchun sayyoramizning massasi bitta no'xat hajmiga to'g'ri kelishi kerak. Quyosh esa massasi bilan 5 kilometr diametrga ega bo'lishi kerak - keyin uning holati yagona bo'ladi.

Yangi dunyo shakllanishi ufqi

Fizika va geometriya qonunlari Yerda va Yerda mukammal ishlaydi ochiq joy, bu erda fazo vakuumga yaqinlashadi. Ammo ular voqea ufqida o'z ahamiyatini butunlay yo'qotadilar. Shuning uchun ham, matematik nuqtai nazardan, qora tuynuk ichida nima borligini hisoblash mumkin emas. Agar siz kosmosni bizning dunyo haqidagi g'oyalarimizga mos ravishda egsangiz, paydo bo'ladigan rasmlar, albatta, haqiqatdan uzoqdir. Bu erda vaqt fazoviy birlikka aylanishi va, ehtimol, mavjud bo'lganlarga yana bir qancha o'lchamlar qo'shilishi aniqlandi. Bu qora tuynuk ichida butunlay boshqa olamlar paydo bo'lishiga ishonish imkonini beradi (fotosurat, bilganingizdek, buni ko'rsatmaydi, chunki u erda yorug'lik o'zini yutadi). Bu koinotlar hozirda olimlar uchun notanish bo'lgan antimateriyadan iborat bo'lishi mumkin. Qaytib bo'lmaydigan soha shunchaki boshqa dunyoga yoki koinotimizning boshqa nuqtalariga olib boradigan portal ekanligi haqidagi versiyalar mavjud.

Tug'ilish va o'lim

Qora tuynukning mavjudligidan ko'ra ko'proq narsa uning tug'ilishi yoki yo'q bo'lib ketishidir. Fazo-vaqtni buzadigan sfera, biz allaqachon aniqlaganimizdek, qulash natijasida hosil bo'ladi. Bu portlash bo'lishi mumkin katta yulduz, kosmosda ikki yoki undan ortiq jismlarning to'qnashuvi va boshqalar. Ammo nazariy jihatdan sezilishi mumkin bo'lgan materiya qanday qilib vaqtni buzish sohasiga aylandi? Boshqotirma bajarilmoqda. Ammo undan keyin ikkinchi savol tug'iladi - nega bunday qaytib kelmaydigan sohalar yo'qoladi? Va agar qora tuynuklar bug'lanib ketsa, nega bu yorug'lik va ular tortib olgan barcha kosmik moddalar ulardan chiqmaydi? Singularlik zonasidagi materiya kengayishni boshlaganda, tortishish asta-sekin kamayadi. Natijada, qora tuynuk shunchaki eriydi va oddiy vakuumli tashqi makon o'z o'rnida qoladi. Bundan yana bir sir kelib chiqadi - unga kirgan hamma narsa qayerga ketdi?

Gravitatsiya - baxtli kelajak kalitimiz?

Tadqiqotchilar insoniyatning energiya kelajagi qora tuynuk tomonidan shakllanishi mumkinligiga ishonch hosil qilishmoqda. Ushbu tizim ichida nima borligi hali noma'lum, ammo voqea ufqida har qanday materiya energiyaga aylanishini aniqlash mumkin edi, lekin, albatta, qisman. Masalan, qaytib kelmaydigan nuqtaga yaqinlashgan odam o'z materiyasining 10 foizini energiyaga aylantirish uchun beradi. Bu raqam shunchaki ulkan, u astronomlar orasida sensatsiyaga aylandi. Gap shundaki, Yerda materiya energiyaga aylanganda atigi 0,7 foiz.

Tomoshabinlar orasida filmdan kelib chiqadigan bir nechta savollarga javob berishga harakat qilaman.

1) Nima uchun filmda Gargantuaning qora tuynugiga o'xshaydi?

Yulduzlararo film birinchi Badiiy film kino tarixida qora tuynukning vizualizatsiyasi jismoniy asosida qo'llanilgan matematik model. Simulyatsiya 30 kishilik guruh (Pavel Franklinning vizual effektlar bo'limi) tomonidan dunyoga mashhur nazariy fizik Kip Torn bilan hamkorlikda gravitatsiya nazariyasi, astrofizika va fizika sohasidagi faoliyati bilan tanilgan. kvant nazariyasi o'lchovlar. Bitta kadrga 100 soatga yaqin vaqt sarflangan va jami model 800 terabaytga yaqin maʼlumotni olgan.
Torn nafaqat matematik modelni yaratdi, balki vizualizatsiyaning kompyuter modelini yaratishga imkon beradigan maxsus dasturiy ta'minotni (CGI) ham yozdi.

Torn nima qildi:

Albatta, savol berish adolatli: Torn simulyatsiyasi fan tarixida birinchimi? Torn obrazi ilmiy adabiyotlarda ilgari hech qachon uchramagan narsami? Albatta yo'q.
Parij-Mudon rasadxonasining Relyativistik astrofizika va kosmologiya bo‘limi xodimi Jan Per Luminet qora tuynuklar va kosmologiya bo‘yicha ishlari bilan butun dunyoga mashhur bo‘lib, kompyuter simulyatsiyasi yordamida qora tuynukni tasvirlagan birinchi olimlardan biri hisoblanadi. 1987 yilda uning "Qora tuynuklar: mashhur kirish" kitobi nashr etildi, u erda shunday yozadi:

“Akkretsiya diski bilan o'ralgan qora tuynukning birinchi kompyuter tasvirlari men tomonidan olingan (Luminet, J.-P. (1979): Astron. Astrophys.). Mark (Marck, J.-A. (1993): Class. Quantum Grav) tomonidan Shvartsshild metrikasi uchun ham, aylanuvchi qora tuynuk holati uchun ham nozikroq hisob-kitoblar qilingan. Ishonchli tasvirlar - ya'ni bo'shliqning egriligini, qizil siljishini va hisobga olingan holda hisoblangan jismoniy xususiyatlar diskni ixtiyoriy nuqta uchun, hatto voqea gorizontida ham olish mumkin. Hatto qora tuynuk atrofida vaqt traektoriyasi bo'ylab harakatlanayotganda bu buzilishlar qanday o'zgarishini ko'rsatadigan film ham yaratilgan (Delesalle, Lachieze-Rey va Luminet, 1993). Chizma - bu menteşeli parabolik traektoriya bo'ylab harakatlanish holati uchun uning ramkalaridan biri "

Tasvirning nima uchun shunday ekanligini tushuntirish:

"Qora tuynuk yaqinidagi fazo-vaqt egriligi tufayli tizim tasviri ellipslardan sezilarli darajada farq qiladi, agar biz qora tuynukni oddiy past massali samoviy jismga almashtirganimizda ko'rishimiz mumkin edi. Radiatsiya. diskning yuqori tomoni to'g'ridan-to'g'ri tasvirni hosil qiladi va kuchli buzilish tufayli biz butun diskni ko'ramiz (qora tuynuk bizdan uning orqasidagi disk qismlarini qoplamaydi) Diskning pastki qismi ham ko'rinadi. yorug'lik nurlarining sezilarli egriligi ".

Luminning surati hayratlanarli darajada Tornning natijasiga o'xshaydi, u frantsuzning ishidan 30 yildan ko'proq vaqt o'tgach olgan!

Nega boshqa ko'plab vizualizatsiyalarda, ham maqolalarda, ham ilmiy-ommabop filmlarda qora tuynuk ko'pincha butunlay boshqacha tarzda ko'rinishi mumkin? Javob oddiy: matematik modelga asoslangan qora tuynukni kompyuterda "chizish" juda murakkab va ko'p vaqt talab qiladigan jarayon bo'lib, u ko'pincha oddiy byudjetlarga to'g'ri kelmaydi, shuning uchun mualliflar ko'pincha dizaynerning ishi bilan shug'ullanadilar. fizik emas.

2) Nima uchun Gargantuaning yig'ish diski ko'plab rasmlar va ilmiy-ommabop filmlarda ko'rinadigan darajada ajoyib emas? Nega qora tuynukni yorqinroq va ta'sirchanroq qilib ko'rsatish mumkin emas edi?

Men bu savolni quyidagi bilan birlashtiraman:

3) Ma'lumki, qora tuynukning akkretsiya diski juda kuchli nurlanish manbai hisoblanadi. Agar kosmonavtlar qora tuynukga yaqinlashsa, shunchaki o'ladi.

Va haqiqatan ham shunday. Qora tuynuklar koinotdagi eng yorqin, eng baquvvat nurlanish manbalarining dvigatellaridir. Zamonaviy tushunchalarga ko'ra, ba'zida yuzlab galaktikalar yig'ilgandan ko'ra yorqinroq porlaydigan kvazarlarning yuragi qora tuynukdir. O'zining tortishish kuchi bilan u juda katta materiya massalarini o'ziga tortadi, bu esa tasavvur qilib bo'lmaydigan darajada yuqori bosim ostida kichik maydonda qisqarishiga olib keladi. Ushbu modda qiziydi, unda yadro reaktsiyalari eng kuchli rentgen va gamma nurlanishining emissiyasi bilan oqadi.
Klassik qora tuynuk yig'ish diski qanchalik tez-tez chiziladi:

Agar Gargantua shunday bo'lsa, unda bunday yig'ish diski astronavtlarni radiatsiya bilan o'ldiradi. Tornning qora tuynugidagi to'planish unchalik zich va massiv emas, uning modeliga ko'ra, diskning harorati Quyosh yuzasidagidan yuqori emas. Bu, asosan, Gargantua massasi kamida 100 million quyosh massasiga ega, radiusi bitta astronomik birlik bo'lgan o'ta massiv qora tuynuk ekanligi bilan bog'liq.
Bu shunchaki supermassiv emas, balki ultramassiv qora tuynuk. Hatto Somon yo'lining markazidagi qora tuynuk, turli hisob-kitoblarga ko'ra, 4-4,5 million quyosh massasiga ega.
Gargantua chempionlikdan yiroq bo'lsa-da. Masalan, NGC 1277 galaktikasidagi teshikning massasi 17 milliard quyoshga teng.
Odamlar qora tuynukni o'rganadigan bunday tajribani tasavvur qilish g'oyasi Tornni 80-yillardan beri bezovta qilmoqda. O'zining "Qora tuynuklar va vaqt burmalari" kitobida allaqachon. 1990 yilda nashr etilgan Eynshteynning jasur merosi Torn yulduzlararo sayohatning faraziy modelini ko'rib chiqadi, unda tadqiqotchilar qora tuynuklarni o'rganadilar va uning xususiyatlarini yaxshiroq tushunish uchun voqea ufqiga iloji boricha yaqinlashishni xohlashadi.
Tadqiqotchilar kichik qora tuynukdan boshlashadi. U ularga umuman mos kelmaydi, chunki u yaratgan to'lqin kuchlari juda katta va hayot uchun xavflidir. Ular tadqiqot ob'ektini kattaroq qora tuynukga o'zgartiradilar. Lekin u ham ularni qoniqtirmaydi. Nihoyat, ular gigant Gargantua tomon yo'l olishadi.
Gargantua 3C273 kvazari yaqinida joylashgan - bu ikkita teshikning xususiyatlarini solishtirish imkonini beradi.
Ularni kuzatib, tadqiqotchilar savol berishadi:

"Gargantua va 3C273 o'rtasidagi farq hayratlanarli ko'rinadi: Nega Gargantua, uning massasi va o'lchamidan ming marta kattaroq gaz va ulkan kvazarli samolyotlarga ega emas?"

Gargantua to'planish diski nisbatan sovuq, massiv emas va kvazardagidek ko'p energiya chiqarmaydi. Nega?

"Teleskopik tadqiqotlardan so'ng Bret javob topadi: bir necha oyda bir marta markaziy tuynuk 3C273 atrofida aylanib yuruvchi yulduz ufqqa yaqinlashadi va qora tuynukning to'lqinli kuchlari tomonidan parchalanadi. Yulduzning qoldiqlari, taxminan 1 quyosh massasi. , qora tuynuk yaqinida sachraydi.Asta-sekin, ichki ishqalanish ta'siri ostidagi sachraydigan gazni harakatga keltiradi. Bu yangi gaz, donut doimiy ravishda teshik va oqimlarga etkazib beradigan gazni qoplaydi, shuning uchun donut va jetlar o'zlarining gaz zahiralarini saqlab qolishda davom etadilar. yorqin porlash.
Bret yulduzlar Gargantuaga ham yaqin kelishi mumkinligini tushuntiradi. Ammo Gargantua 3C273 dan kattaroq bo'lgani uchun uning hodisa ufqi ustidagi to'lqin kuchlari yulduzni parchalash uchun juda zaifdir. Gargantua yulduzlarni ichini atrofdagi simitga sepmasdan butunlay yutadi. Gargantua donutsiz reaktiv va kvazarning boshqa xususiyatlarini yarata olmaydi."

Qora tuynuk atrofida massiv nurlantiruvchi disk mavjud bo'lishi uchun u hosil bo'ladigan qurilish materiali bo'lishi kerak. Kvazarda bular yulduzning qora tuynugiga juda yaqin joylashgan zich gaz bulutlaridir. Akkretsiya diskini shakllantirishning klassik modeli:

Interstellar-da katta hajmdagi diskdan kelib chiqadigan hech narsa yo'qligi aniq. Tizimda zich bulutlar yoki yaqin yulduzlar mavjud emas. Agar biror narsa bo'lsa, hamma narsa uzoq vaqt oldin yeyilgan.
Gargantuaning yagona tarkibi yulduzlararo gazning past zichlikdagi bulutlari bo'lib, zaif, "past haroratli" akkretsiya diskini yaratadi, u kvazarlar yoki ikkilik tizimlardagi klassik disklar kabi intensiv nurlanmaydi. Shuning uchun Gargantua diskining nurlanishi astronavtlarni o'ldirmaydi.

Torn “Yulduzlararo ilm”da shunday yozadi:

"Odatdagi yig'ish diskida juda kuchli rentgen, gamma va radio emissiyasi mavjud. Shu qadar kuchliki, u yaqin bo'lishga qaror qilgan har qanday kosmonavtni qovuradi. Filmda ko'rsatilgan Gargantua diski juda zaif diskdir. "Zaif" - emas. inson me'yorlari, albatta, lekin odatiy kvazarlar me'yorlari bo'yicha. Gargantua diski kvazar yig'ish disklari kabi yuzlab million darajagacha qizdirilish o'rniga bor-yo'g'i bir necha ming daraja issiq bo'ladi, bu uning yuzasi bilan bir xil. Quyosh.U juda ko'p yorug'lik chiqaradi, ammo rentgen nurlari va gamma nurlari "nurlari deyarli yo'q. Bunday disklar qora tuynuk evolyutsiyasining keyingi bosqichlarida mavjud bo'lishi mumkin. Shuning uchun Gargantua diski turli xil rasmlarda tez-tez ko'riladigan rasmdan butunlay farq qiladi. mashhur astrofizika manbalari."

Kip Torn qora tuynuklar atrofida sovuq yig'ish disklari mavjudligini taklif qilgan yagona odammi? Albatta yo'q.

Qora tuynuklarning sovuq akkretsiya disklari ilmiy adabiyotlarda uzoq vaqtdan beri o'rganilgan:
Ba'zi ma'lumotlarga ko'ra, Somon yo'lining markazida joylashgan supermassiv qora tuynuk Sagittarius A* (Sgr A*) xuddi shunday sovuq yig'ilish diskiga ega:

Bizning markaziy qora tuynuk atrofida harakatsiz bo'lishi mumkin sovuq yig'ish diski, Sgr A * ning "turbulent yoshligi" dan qolgan (past yopishqoqlik tufayli), to'planish darajasi yuqori bo'lgan. Endi bu disk issiq gazni qora tuynukga tushishiga yo'l qo'ymasdan "so'radi": gaz qora tuynukdan nisbatan katta masofada diskda joylashadi.

(c) Sgr A∗ da yulduzlarni yoping va faol bo'lmagan to'planish diski: tutilishlar va olovlar
Sergey Nayakshin1 va Rashid Sunyaev. // 1. Max-Planck-Institut mo'yna Astrofizik, Karl-Schwarzschild-ko'chasi. Garching, Germaniya 2. Koinot tadqiqotlari instituti, Moskva, Rossiya

Yoki Cygnus X-1:

Spektral va vaqtinchalik tahlillar o'tkazildi katta raqam RXTE observatoriyasi tomonidan 1996-1998 yillar davomida past spektrli holatda Cygnus X-1, GX339-4 va GS1354-644 to'planib borayotgan qora tuynuklarning kuzatuvlari. Barcha uchta manba uchun xaotik o'zgaruvchanlikning xarakterli chastotalari va spektral parametrlar o'rtasida korrelyatsiya aniqlandi - Komptonlashtirilgan nurlanish spektrining qiyaligi va aks ettirilgan komponentning nisbiy amplitudasi. Ko'rsatilgan komponentning amplitudasi va Komptonizatsiya spektrining qiyaligi o'rtasidagi munosabat aks ettiruvchi muhit ( sovuq yig'ish diski) Komptonizatsiya hududiga yumshoq fotonlarning asosiy yetkazib beruvchisi hisoblanadi.

(c) SPIE tashkilotining "Astronomik teleskoplar va asboblar" konferentsiyasidagi ma'ruzasi, 2000 yil 21-31 mart, Myunxen, Germaniya

Yulduzlar va yulduzlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir Faol bo'lmagan yig'ish diski Galaktik yadroda // Vladimir Karas. Astronomiya instituti, Fanlar akademiyasi, Praga, Chexiya va

(c) Charlz universiteti, matematika va fizika fakulteti, Praga, Chexiya // Ladislav Subr. Charlz universiteti, matematika va fizika fakulteti, Praga, Chexiya

"Sokin" qora tuynuklar Andromeda tumanligidagi tuynukga o'xshaydi - birinchi kashf etilgan supermassiv qora tuynuklardan biri. Uning massasi taxminan 140 million quyosh massasini tashkil qiladi. Ammo ular buni kuchli nurlanish orqali emas, balki yulduzlarning ushbu hudud atrofidagi xarakterli harakati bilan topdilar. Bunday galaktikalarning yadrolari kuchli "kvazar" nurlanishiga ega emas. Va astrofiziklar materiya oddiygina bu qora tuynukga tushmaydi degan xulosaga kelishdi. Bu holat Andromeda tumanligi va Somon yo'li kabi "sokin" galaktikalar uchun xosdir.

Faol qora tuynuklari bo'lgan galaktikalar faol yoki Seyfert galaktikalari deb ataladi. Seyfert galaktikalari barcha kuzatilgan spiral galaktikalarning taxminan 1% ni o'z ichiga oladi.

Ular Andromeda tumanligida o'ta massiv qora tuynukni qanday topishgan, BBCning "Supermassive qora tuynuklar" ilmiy-ommabop filmida yaxshi ko'rsatilgan.

4) Qora tuynuklar halokatli to'lqin kuchlariga ega ekanligi ma'lum. Ular kosmonavtlarni ham, filmdagi voqea ufqiga juda yaqin joylashgan Miller sayyorasini ham parchalab tashlamaydilarmi?

Hatto ixcham Vikipediya ham o'ta massiv qora tuynukning muhim xususiyati haqida yozadi:

“Hodisa gorizonti yaqinidagi suv oqimi kuchlari ancha zaifdir, chunki markaziy singulyarlik ufqdan shunchalik uzoqda joylashganki, gipotetik kosmonavt markazga sayohat qiladi. qora tuynuk, juda chuqur sho'ng'ilmaguncha, haddan tashqari gelgit kuchlarining ta'sirini sezmaydi."

Supermassiv qora tuynuklarning xususiyatlarini tavsiflovchi har qanday ilmiy va ommabop manbalar bunga qo'shiladi.

To'lqin kuchlari u erga tushgan ob'ektni yo'q qiladigan shunday kattalikka erishadigan nuqtaning joylashishi qora tuynukning o'lchamiga bog'liq. Galaktikaning markazida joylashganlar kabi supermassiv qora tuynuklar uchun bu nuqta ularning hodisalar ufqida joylashgan, shuning uchun faraziy kosmonavt hech qanday deformatsiyalarni sezmasdan ularning hodisa ufqini kesib o'tishi mumkin, ammo hodisa ufqini kesib o'tgandan so'ng, u markazga tushadi. Qora tuynukning paydo bo'lishi allaqachon muqarrar. Shvartsshild radiusi o'ziga xoslikka yaqinroq bo'lgan kichik qora tuynuklar uchun to'lqin kuchlari astronavtni voqea ufqiga yetib bormasdan ham o'ldiradi.

(c) Shvartsshild qora tuynuklari // Umumiy nisbiylik: fiziklar uchun kirish. - Kembrij universiteti nashriyoti, 2006. - P. 265. - ISBN 0-521-82951-8.

Albatta, Gargantua massasi kosmonavtlarni suv oqimi bilan yirtib tashlamaslik uchun tanlangan.
Shuni ta'kidlash kerakki, 1990 yildagi Thorn Gargantua Interstellar-ga qaraganda biroz kattaroqdir:

“Hisob-kitoblar shuni ko'rsatdiki, teshik qanchalik katta bo'lsa, raketa uni 1,0001 hodisa gorizonti doirasida ushlab turishi uchun shunchalik kamroq zarba berishi kerak. 10 Yer g og'riqli, ammo bardoshli bo'lishi uchun teshikning massasi 15 trillion quyosh massasi bo'lishi kerak edi. Ushbu teshiklarning eng yaqini Gargantua deb ataladi, u bizning galaktikamizdan 100 000 yorug'lik yili va Somon yo'li aylanadigan Virgo galaktikalar klasteridan 100 million yorug'lik yili uzoqlikda joylashgan. Darhaqiqat, u 3C273 kvazari yaqinida, Somon yo'lidan 2 milliard yorug'lik yili uzoqlikda joylashgan...
Gargantua orbitasiga kirib, odatdagi o'lchovlarni amalga oshirganingizda, uning massasi haqiqatan ham 15 trillion quyosh massasi ekanligiga va u juda sekin aylanishiga ishonch hosil qilasiz. Ushbu ma'lumotlardan siz uning ufqining aylanasi 29 yorug'lik yili ekanligini hisoblaysiz. Nihoyat, u bu teshik ekanligini hisoblab chiqadi, uning atrofida siz o'rganishingiz mumkin bo'lgan oqim kuchlari va tezlashishi mumkin!

Kip Torn film ustida ishlashning ilmiy jihatlarini tasvirlab bergan 2014-yilda chop etilgan "Yulduzlararo fan" kitobida u allaqachon 100 million quyosh massasini ko'rsatgan, ammo bu "qulay" bo'lishi mumkin bo'lgan minimal massa ekanligini ta'kidlagan. to'lqinli qora tuynuk kuchlari.

5) Qanday qilib Miller sayyorasi qora tuynukga yaqin joylashgan bo'lishi mumkin? To'lqin kuchlari uni parchalab tashlaydimi?

Astronom Fil Plant, "Yomon astronom" taxallusi bilan o'zining keng tarqalgan shubhasi bilan mashhur bo'lib, yulduzlararo o'tib keta olmadi. Qolaversa, bundan oldin u o'zining zerikarli skeptitsizmi bilan "Gravity" kabi ko'plab shov-shuvli filmlarni jahl bilan yo'q qilgan.

“Men Interstellar’ni intiqlik bilan kutgandim.. Lekin ko'rganlarim dahshatli edi. Bu to'liq muvaffaqiyatsizlik. Menga bu haqiqatan ham yoqmadi."

deb yozadi u 6-noyabrdagi maqolasida.
Filning aytishicha, ilm-fan nuqtai nazaridan film butunlay bema'ni. Bu hatto faraziy doirada ham zamonaviy ilmiy g'oyalarga mos kelmaydi. U, ayniqsa, Miller sayyorasini aylanib chiqdi. Sayyora bunday qora tuynuk atrofida barqaror aylana oladi, dedi u, lekin uning orbitasi Gargantuaning o'zidan kamida uch baravar katta bo'lishi kerak edi. Soat Yerdagiga qaraganda sekinroq ishlaydi, lekin atigi 20 foizga. Filmda ko'rsatilganidek, qora tuynuk yaqinidagi sayyoraning barqarorligi - bu imkonsiz fantastika. Bundan tashqari, u qora tuynukning to'lqinli kuchlari tomonidan butunlay parchalanadi.

Ammo 9-noyabr kuni Pleyt yangi maqola bilan chiqadi. Uni chaqiradi Kuzatuv: Yulduzlararo Mea Culpa. Tutib bo'lmaydigan ilmiy tanqidchi tavba qilishga qaror qildi.

“Men yana xafa bo'ldim. Ammo xatolarim qanchalik katta bo'lishidan qat'i nazar, men ularni har doim tan olishga harakat qilaman. Axir ilmning o‘zi bizni xatolarimizni tan olishga va ulardan ibrat olishga majbur qiladi!”

Fil Plant o'z mulohazalarida xato qilganini va noto'g'ri xulosaga kelganini tan oldi:

“Oʻz sharhimda Miller sayyorasi qora tuynuk yaqinida aylanib yurganligi haqida gapirdim. Sayyorada sarflangan bir soat etti Yer yiliga teng. Mening shikoyatim shundan iborat ediki, bunday vaqt kengayishi bilan sayyoraning barqaror orbitasi imkonsiz bo'ladi.
Va bu to'g'ri ... aylanmaydigan qora tuynuk uchun. Mening xatom edi. Men tez aylanayotgan qora tuynuk uchun to'g'ri tenglamalardan foydalanmadim! Bu qora tuynuk atrofidagi fazo-vaqt tasvirini sezilarli darajada o'zgartiradi. Endi men tushundimki, bu sayyora uchun qora tuynuk atrofida barqaror orbita mavjud bo'lishi mumkin va voqea ufqiga shunchalik yaqinki, filmda ko'rsatilgan vaqtni kengaytirish mumkin. Umuman olganda, men xato qildim.
Men o'zimning dastlabki tahlilimda ham gravitatsion to'lqinlar bu sayyorani parchalab tashlashini aytdim. Men bir nechta astrofiziklar bilan maslahatlashdim, ular ham Gargantua to'lqinlari sayyorani yo'q qilishi mumkinligini aytishdi, ammo bu hali matematik jihatdan tasdiqlanmagan. Ular hali ham bu muammoni hal qilish ustida ishlamoqda - va u hal bo'lishi bilanoq men yechimni e'lon qilaman. Men o'zim tahlil qilishda to'g'ri yoki noto'g'ri bo'lganimni ayta olmayman - va agar men to'g'ri bo'lsam ham, mening fikrlarim faqat aylanmaydigan qora tuynuk haqida edi, shuning uchun ular bu ish uchun haqiqiy emas.
Bunday masalani hal qilish uchun ko'plab matematik muammolarni muhokama qilish kerak. Ammo Millerning sayyorasi Gargantuadan qanchalik uzoqda bo'lganini aniq bilmayman va shuning uchun suv toshqini uni yo'q qiladimi yoki yo'qligini aytish juda qiyin. Men hali fizik va ijrochi prodyuser Kip Tornning “Yulduzlararo fan” asarini o‘qimaganman – bu muammoga biroz oydinlik kiritadi deb o‘ylayman.
Biroq, men orbitaning barqarorligi haqida noto'g'ri bo'ldim - va endi men filmdagi bu da'voimni bekor qilishni zarur deb bilaman.
Xulosa qilib aytadigan bo'lsak: filmda ko'rsatilgan qora tuynuk yaqinidagi fizik rasm aslida fanga mos keladi. Men xato qildim, buning uchun kechirim so'rayman.

Yore universiteti nazariy fizikasi Ikjyot Singx Kohli o‘z sahifasida Miller sayyorasining mavjudligi mutlaqo mumkinligini isbotlovchi tenglamalar yechimlarini taqdim etdi.
U filmda ko'rsatilgan sharoitlarda sayyora mavjud bo'ladigan yechim topdi. Ammo u sayyorani parchalashi kerak bo'lgan to'lqin kuchlari muammosini ham muhokama qildi. Uning yechimi shuni ko'rsatadiki, suv toshqini kuchlari uni parchalash uchun juda zaifdir.
U hatto sayyora yuzasida ulkan to'lqinlar mavjudligini asoslab berdi.

Bu erda tenglamalar misollari bilan Singx Kohli tomonidan mulohazalar:

Miller Torn o'z kitobida sayyoraning joylashishini shunday ko'rsatadi:

Orbita beqaror bo'ladigan nuqtalar mavjud. Ammo Torn barqaror orbitani ham topdi:

To'lqin kuchlari sayyorani yirtib tashlamaydi, balki uni deformatsiya qiladi:

Agar sayyora to'lqin kuchlari manbai atrofida aylansa, ular doimo o'z yo'nalishini o'zgartiradilar, uni orbitaning turli nuqtalarida turli yo'llar bilan deformatsiya qiladilar. Bir pozitsiyada sayyora sharqdan g'arbga tekislanadi va shimoldan janubga cho'ziladi. Orbitaning boshqa nuqtasida u shimoldan janubga siqib, sharqdan g'arbga cho'zilgan. Gargantuaning tortishish kuchi juda kuchli bo'lgani uchun o'zgaruvchan ichki kuchlanish va ishqalanish sayyorani isitadi va uni juda issiq qiladi. Ammo filmda ko'rganimizdek, Millerning sayyorasi juda boshqacha ko'rinadi.
Shuning uchun, sayyora har doim bir tomondan Gargantua tomon burilgan deb taxmin qilish adolatli bo'lar edi. Va bu kuchli tortishish ob'ekti atrofida aylanadigan ko'plab jismlar uchun tabiiydir. Masalan, bizning Oyimiz, Yupiter va Saturnning ko'plab sun'iy yo'ldoshlari doimo sayyoraga faqat bir tomoni bilan buriladi.

Torn yana bir muhim fikrni aytdi:

“Agar siz Manna sayyorasidan Miller sayyorasiga nazar tashlasangiz, uning Gargantua atrofida 1,7 soatlik orbital davri bilan qanday aylanishini va shu vaqt ichida deyarli bir milliard kilometrni bosib o'tishini ko'rishingiz mumkin. Bu yorug'lik tezligining yarmiga teng! Ranger ekipaji uchun vaqt kengayganligi sababli, bu muddat soniyaning o'ndan biriga qisqaradi. Bu juda tez! Va bu yorug'lik tezligidan ancha tezroq emasmi? Yo'q, chunki Gargantua atrofidagi girdobga o'xshash harakatlanuvchi makonga mos yozuvlar doirasida sayyora yorug'likdan ko'ra sekinroq harakat qiladi.
Mening ilmiy model Filmda sayyora har doim bir tomondan qora tuynuk tomon buriladi va eng yuqori tezlikda aylanadi. Bu tezlik tufayli markazdan qochma kuchlar sayyorani parchalab tashlamaydimi? Yo'q: uni yana aylanayotgan kosmos bo'roni qutqardi. Sayyora halokatli his qilmaydi markazdan qochma kuchlar, chunki fazoning o'zi u bilan bir xil tezlikda aylanadi"

6) Miller sayyorasi yuzasida bunday ulkan to'lqinlar qanday bo'lishi mumkin?

Bu savolga Torn quyidagicha javob beradi:

"Men kerakli jismoniy hisob-kitoblarni qildim va ikkita mumkin bo'lgan ilmiy talqinni topdim.
Bu ikkala yechim ham sayyoraning aylanish oʻqining holati beqaror boʻlishini talab qiladi. Sayyora rasmda ko'rsatilganidek, ma'lum bir diapazonda tebranishi kerak. Bu Gargantuaning tortishish kuchi ta'sirida sodir bo'ladi.

Ushbu tebranish davrini hisoblaganimda, men taxminan bir soatlik qiymatga ega bo'ldim. Va bu Kris tanlagan vaqtga to'g'ri keldi - bundan oldin u mening ilmiy talqinim haqida hali bilmagan edi!
Mening ikkinchi modelim - tsunami. Gargantuaning to'lqin kuchlari Miller sayyorasining qobig'ini bir xil davr (1 soat) bilan deformatsiya qilishi mumkin. Bu deformatsiyalar juda kuchli zilzilalar hosil qilishi mumkin. Ular Yerda hech qachon ko'rilmagan tsunamilarni yaratishi mumkin."

7) Gargantua orbitasida Endurance va Rangerning aql bovar qilmaydigan manevrlari qanday mumkin?

1) Chidamlilik radiusi 10 Gargantua radiusiga teng bo'lgan to'xtash orbitasida harakat qiladi va Miller nuqtasiga ketayotgan ekipaj C/3 tezlikda harakat qiladi. Miller sayyorasi C ning 55% da harakatlanmoqda.
2) Reynjer orbitani tushirish va Miller nuqtasiga yaqinlashish uchun C/3 dan sekinlashishi kerak. U c/4 ga sekinlashadi va sayyoramizga yaqin joylarga etib boradi (albatta, urish uchun bu erda qat'iy hisob-kitobga rioya qilish kerak. Lekin bu kompyuter uchun muammo emas)

Tezlikning bunday sezilarli o'zgarishi mexanizmi Torn tomonidan tasvirlangan:

“Yulduzlar va kichik qora tuynuklar Gargantua kabi yirik qora tuynuklar atrofida aylanadi. Aynan ular Reynjerni aylana orbitasidan chetga surib, Gargantuaga tushiradigan aniqlovchi kuchlarni yaratishi mumkin. Shunga o'xshash tortishish manevri ko'pincha NASA tomonidan qo'llaniladi quyosh sistemasi, garchi u qora tuynukni emas, balki sayyoralarning tortishish kuchidan foydalanadi. Ushbu manevrning tafsilotlari Interstellar-da oshkor etilmagan, ammo tezlikni sekinlashtirish uchun neytron yulduzidan foydalanish haqida gap ketganda, manevrning o'zi tilga olinadi.

Neytron yulduzi Torn tomonidan rasmda ko'rsatilgan:

Neytron yulduzi bilan uchrashuv tezlikni o'zgartirishga imkon beradi:

“Bunday yaqinlashish juda xavfli bo'lishi mumkin; Reynjer kuchli tortishish kuchini his qilish uchun neytron yulduziga (yoki kichik qora tuynuk) etarlicha yaqinlashishi kerak. Agar sekinlashuvchi yulduz yoki radiusi 10 000 km dan kichikroq qora tuynuk bo'lsa, odamlar va Reynjer suv oqimi kuchlari tomonidan parchalanadi. Shuning uchun neytron yulduzining o'lchami kamida 10 000 km bo'lishi kerak.
Ssenariyni yaratish jarayonida men bu muammoni Nolan bilan muhokama qilib, qora tuynuk yoki neytron yulduzi o‘rtasida tanlovni taklif qildim. Nolan neytron yulduzini tanladi. Nega? Chunki u tomoshabinlarni ikkita qora tuynuk bilan adashtirmoqchi emas edi”.

“IMBH (O'rta massali qora tuynuklar) deb ataladigan qora tuynuklar Gargantuadan o'n ming marta kichik, ammo oddiy qora tuynuklardan ming marta og'irroq. Kuperga shunday yo'naltiruvchi kerak. Ba'zi IMBHlar globulyar klasterlarda, ba'zilari esa yirik qora tuynuklar joylashgan galaktikalarning yadrolarida joylashgan deb hisoblanadi. Eng yaqin misol Andromeda tumanligi, bizga eng yaqin galaktika. Andromeda yadrosida Gargantuaga o'xshash teshik bor - taxminan 100 million quyosh massasi. IMBH yulduzlar populyatsiyasi zich joylashgan har qanday hududdan o'tganda, "dinamik ishqalanish" ta'siri IMBH tezligini sekinlashtiradi va u past va pastga tushib, ulkan qora tuynukga yaqinlashadi. Natijada, IMBH supermassiv qora tuynukga yaqin joyda tugaydi. Shunday qilib, tabiat Kuperni bunday tortishish og'ish manbai bilan ta'minlashi mumkin edi.

Sayyoralararo kosmik kemalar misolida "gravitatsion slingshot" ning haqiqiy qo'llanilishini ko'ring - masalan, Voyagers tarixini o'qing.